Una "gabbia in carbonio" per aumentare la vita delle batterie

Dalla Corea nuove celle agli ioni di litio con anodo rivestito in nanofogli 3D di carbonio per ridurre lo stress del carica-scarica

Di: Alessandro Paiola

27 lug 2021 alle 12:55

Uno dei problemi delle batterie agli ioni di litio riguarda l’espandersi e il contrarsi dell’anodo durante le fasi di carica e scarica. Queste fluttuazioni di volume, infatti, minano durata e prestazioni degli accumulatori.

In Corea del Sud, alcuni ricercatori hanno trovato un metodo relativamente semplice e molto efficace per contrastare proprio questo fenomeno. A quanto pare, "basta" rivestire l’anodo con nanofogli di carbonio in 3D. Ma come?

Un anodo “gonfiabile”

Il team della Maritime and Ocean University guidato da Jun Kang, insieme agli scienziati della Pusan National University, ha progettato un anodo ad alte prestazioni realizzato in seleniuro di manganese (MnSe) materiale noto per l’elevata conduttività elettrica.

“Il seleniuro di manganese – ha spiegato il dottor Kang – è spesso preso in considerazione per la realizzazione dell’anodo di una batteria perché ha ottime prestazioni. Ma ha anche enormi variazioni di volume durante i cicli di carica e scarica. Può espandersi anche del 160%, con gravi problemi non solo in termini di densità energetica, che diminuisce drasticamente, ma anche di sicurezza”.

La gabbia in carbonio

Per evitare che l’anodo si espanda in modo così considerevole, i ricercatori coreani hanno realizzato nanofogli di carbonio tridimensionali e con struttura porosa (3DCNM) e hanno così costruito una sorta di involucro (o impalcatura) intorno all’anodo. Questa particolare conformazione della gabbia di carbonio (materiale spesso usato nel campo delle batterie per le proprie caratteristiche) consente all’anodo di avere un’ottima superficie di contatto con l’elettrolita, in modo da avere elevate prestazioni, e allo stesso tempo contiene l’aumento di volume dell’anodo stesso, a tutto vantaggio della sicurezza.

I ricercatori hanno studiato diverse soluzioni per la gabbia in carbonio e hanno scoperto che utilizzando una particolare struttura “MnSe ⊂ 3DCNM-1,92” hanno ottenuto i risultati migliori.

"Utilizzando questo tipo di impalcatura - ha detto il dottor Kang - abbiamo sviluppato un anodo che migliora le prestazioni della batteria e consente di lavorare su densità energetiche maggiori. Da qui si potranno sviluppare altri seleniuri di metalli di transizione con aree superficiali elevate e nanostrutture stabili da utilizzare su diversi tipi di batteria".